Misura della viscosità in linea della colla di amido per la produzione di cartone ondulato

L'industria del cartone ondulato sta crescendo rapidamente con un CAGR di oltre il 4% con volumi di oltre 115 milioni di tonnellate valutati in eccesso di $ 176 miliardi nel 2019.

Gli imballaggi in cartone ondulato sono considerati ecologici e sostenibili. Contiene solo materie prime naturali (pasta di legno, colla di amido e carta riciclata all'80%) ed è quindi al 100% rinnovabile, riciclabile e biodegradabile. Anche il processo di lavorazione e stampa del cartone ondulato è ecologico perché gli inchiostri sono principalmente a base d'acqua.

Esistono molti tipi di scatole prodotte dall'industria del cartone ondulato, che vanno dalle leggere micro scanalature alle scatole multiparete per impieghi gravosi. Le scatole di cartone a basso costo e ad alte prestazioni sono un mezzo versatile per imballare molti tipi diversi di prodotti, inclusi macchinari, elettrodomestici, frutta e verdura, nonché un mezzo per fornire informazioni e pubblicità sul contenuto.

Le scatole di cartone ondulato devono soddisfare molteplici esigenze, ma tutto inizia con la produzione di un cartone robusto e piatto sull'ondulatore.

Per quanto importante sia la scelta delle carte, l'adesivo e la sua applicazione sono fondamentali per ottenere il miglior cartone ondulato all'estremità della macchina ondulatrice. Per essere efficaci su un'ampia varietà di pannelli, le colle devono essere versatili pur mantenendo un'adesione di qualità e un'elevata produttività. L'adesione tra le fodere e il supporto deve essere forte per fornire resistenza e ammortizzazione per proteggere il contenuto dal mondo esterno e consentire alla scatola di mantenere l'integrità durante il suo ciclo di vita.

Tutti gli adesivi a base di amido si basano su una proprietà speciale dell'amido: quando soggetto a calore, l'impasto liquido di amido subisce un aumento estremamente rapido della viscosità mentre i granuli di amido gelificano. Questa elevata viscosità, sviluppata ad una temperatura critica, porta al fenomeno del tack.

Poiché la viscosità corretta è fondamentale per il corretto funzionamento dell'amido, controllo della viscosità può aiutare a migliorare la consistenza e le prestazioni di questi adesivi in ​​molti prodotti in cartone ondulato come:

• Casi di spedizione
• Lamiere ondulate
• Merchandising al dettaglio
• Pacchetti automobilistici e industriali
• Imballaggio alimentare
• Vetrine di prodotto

Vetrine dei prodotti (fonte: BCI)

Dopo la produzione della carta, il cartone ondulato è la seconda più grande applicazione di amidi non alimentari a livello globale, dove viene utilizzato come adesivo tra le scanalature e le fodere. Molte colle di amido contengono amido nativo non modificato, insieme ad additivi come borace e soda caustica. L'amido gelatinizzato trasporta l'impasto liquido di amido crudo e previene la sedimentazione. Tale colla è chiamata adesivo SteinHall opaco.

La produzione di imballaggi moderni in cartone ondulato | Fefco

La colla viene applicata sulle punte del flauto medio, dopodiché l'altro componente cartaceo noto come liner viene portato a contatto e incollato. Questo viene quindi asciugato a fuoco vivo, il che fa gonfiare/gelatinizzare il resto dell'amido crudo nella colla. Questa gelatinizzazione fornisce la reazione di presa finale rendendo la colla un adesivo veloce e forte per la produzione di cartone ondulato.

White Paper – Scatola di cartone ondulato e amido (tuthillpump.com)

La qualità e l'integrità del prodotto all'interno della scatola dipendono dalla stabilità dell'imballaggio. E la capacità di una scatola di proteggere il contenuto all'interno spesso dipende dalla forza e dalla corretta applicazione dell'adesivo.

Le soluzioni per il controllo della viscosità dell'applicazione dell'amido aiutano a garantire che ogni lotto di adesivo abbia la giusta consistenza e che venga applicato nelle giuste quantità e posizioni durante l'incollaggio delle scanalature ai liner. Un viscosimetro in linea viene utilizzato per ottimizzare e mantenere costantemente lo spessore corretto dell'amido per lo strato adesivo.

I seguenti problemi possono sorgere nel processo di produzione del cartone se si utilizzano metodi di misurazione della viscosità manuali o altri approcci che non controllano adeguatamente la viscosità:

• Tavola morbida
• Striscia di colla pesante
• Aspetto lavatoio
• Ondulazioni pendenti
• Adesione chiazzata
• Bordi allentati
• blister
• Componenti non incollati
• Lanciare o dribblare

Misurazioni manuali della viscosità utilizzando una tazza nel piano di produzione

La produzione di cartone ondulato dipende fortemente dall'adesione, che ha il maggiore impatto sulla sua qualità. È la qualità della colla di amido che alla fine determina la qualità dell'adesione. La viscosità è una metrica importante della colla di amido e la quantità di viscosità influisce direttamente sull'adesione del cartone ondulato. La viscosità stabile è l'unico modo per garantire buone proprietà di adesione della colla di amido.

Componenti e produzione di adesivi a base di amido

Quando la viscosità dell'amido/adesivo è al di fuori dell'intervallo ottimale, crea imperfezioni e riduce la qualità dei prodotti intermedi e finali. Un adesivo con una viscosità sufficiente eviterà l'impregnazione di coperte e carte, migliorandone così la qualità.

La maggior parte delle ricette per la colla di amido per piante ondulate consiste in:

• Amido
• Borace
• caustico
• Acqua

Questi ingredienti vengono miscelati e riscaldati per ottenere una viscosità target. I fattori che influenzano la viscosità dell'amido sono il tipo e la qualità dell'amido, il dosaggio dell'ossidante e il tempo di ossidazione, la temperatura di ossidazione, il dosaggio del gelatinizzante NaOH (idrossido di sodio), il dosaggio del borace, il rapporto dell'acqua e la temperatura di conservazione, il tempo e l'ambiente. Con così tanti parametri e componenti da correggere durante la produzione/formulazione dell'amido, è conveniente monitorare rapidamente il prodotto finale (amido) per garantire la consistenza del lotto.

La viscosità è un indicatore importante della distribuzione delle dimensioni delle particelle. I cambiamenti nella distribuzione delle dimensioni delle particelle possono influenzare proprietà come densità, reologia e spessore dello strato. Le proprietà relative alla distribuzione granulometrica nell'amido sono, ad esempio, la flessibilità, resistenza e usabilità del cartone (ondulato).

La colla d'amido appartiene alla famiglia dei prodotti polimerici. Nell'amido sono presenti due tipi di polimeri di glucosio: amilosio lineare ed elicoidale e amilopectina ramificata. A seconda della pianta, l'amido contiene dal 20% al 25% di amilosio e dal 75% all'80% di amilopectina. Poiché le frazioni di amilosio non sono completamente solubili in acqua, alla fine formano aggregati cristallini tramite legami a idrogeno, un processo chiamato retrogradazione o setback, che rende la viscosità instabile. Presenta un comportamento reologico complesso. Il monitoraggio della viscosità in linea può rilevare quando la formulazione dell'amido è deteriorata o non è ottimale per l'applicazione.

Il grafico 1 illustra l'evoluzione della viscosità di una colla a base di amido dopo che è stata applicata sulle punte delle scanalature e portata a contatto con il liner. (Fonte: Roquette)

Esistono molti tipi diversi di adesivi, inclusi liquidi viscosi, in pasta, solidi cristallini e amorfi. Inoltre, gli adesivi sono generalmente confezionati in cartucce, secchi, fusti, contenitori, pellet e blocchi. È fondamentale che un processo di produzione abbia un flusso costante di adesivo dal contenitore dell'adesivo all'apparecchiatura di erogazione per mantenerlo in funzione continuamente. Gli adesivi hot melt sono solidi a temperatura ambiente, quindi di solito vengono rimossi manualmente dalle scatole mediante un cucchiaio e quindi aggiunti all'attrezzatura di fusione per essere dispersi durante il processo di fusione.

Se non attentamente monitorata, la movimentazione manuale crea compiti aggiuntivi per gli operatori, corre il rischio di contaminazione durante la movimentazione e lascia aperta la possibilità di fuoriuscite o addirittura tempi di fermo del processo. Un consumo costante di hot melt riduce anche la storia del calore dell'adesivo, il che consente le massime prestazioni e qualità nel processo di produzione.

Le soluzioni che automatizzano la consegna dell'adesivo stanno guadagnando popolarità man mano che sempre più produttori realizzano i vantaggi e un rapido ROI, tra cui:

1. Efficienza: La natura estremamente precisa delle apparecchiature automatizzate garantisce la consegna della giusta quantità di adesivo per soddisfare la richiesta del processo.
2. Affidabilità: Gli alimentatori automatizzati garantiscono un flusso costante dell'adesivo corretto alla linea di produzione, indipendentemente da schemi di turni, tempi di fermo e velocità di produzione. Un sistema intrinsecamente chiuso evita anche i contaminanti, riduce gli sprechi e riduce al minimo la manutenzione delle apparecchiature.
3. Sicurezza: Utilizzando sistemi di alimentazione automatica ed eliminando la manipolazione manuale degli adesivi hot melt, si riduce la potenziale esposizione a materiali e attrezzature ad alta temperatura.
4. Costi operativi ridotti: Minore tempo dedicato dall'operatore al monitoraggio e al riempimento dei serbatoi di adesivo, con minori possibilità di errori o tempi di fermo.
5. Digitalizzazione: I sensori di monitoraggio delle apparecchiature forniscono dati di processo aggiuntivi che consentono l'ottimizzazione e l'identificazione dei problemi per migliorare l'efficienza.

La misurazione e il controllo automatizzati della viscosità in linea sono fondamentali per controllare la viscosità durante il processo di produzione e garantire che le caratteristiche critiche siano pienamente conformi ai requisiti su più lotti, senza dover fare affidamento su metodi di misurazione offline e tecniche di prelievo di campioni. Rheonics offre le seguenti soluzioni per il controllo e l'ottimizzazione dei processi,

Misuratori di viscosità e densità

1. In linea Viscosità misure: Rheonics' SRV è un dispositivo di misurazione della viscosità in linea ad ampia gamma in grado di rilevare i cambiamenti di viscosità all'interno di qualsiasi flusso di processo in tempo reale.
2. In linea Viscosità e densità misure: Rheonics' SRD è uno strumento di misura simultanea di densità e viscosità in linea. Se la misurazione della densità è importante per le vostre operazioni, SRD è il miglior sensore per soddisfare le vostre esigenze, con capacità operative simili all'SRV insieme a misurazioni accurate della densità.

Integrato, chiavi in ​​mano qualità

Rheonics offre una soluzione integrata chiavi in ​​mano per la gestione della qualità composta da:

1. In linea Viscosità misure: Rheonics'SRV - un dispositivo di misurazione della viscosità in linea ad ampia gamma con misurazione della temperatura del fluido incorporata
2. Rheonics Process Monitor: un avanzato controller di tracciamento predittivo monitorare e controllare in tempo reale le variazioni delle condizioni di processo
3. Rheonics Reopulse con automaticamente in Sistemi dOsing: Un sistema autonomo di livello 4 che garantisce nessun compromesso con i limiti di viscosità impostati e attiva automaticamente le valvole o le pompe di by-pass per dosare in modo adattivo i componenti della miscela

Il sensore SRV si trova in linea, quindi misura continuamente la viscosità (e la densità in caso di SRD). Gli avvisi possono essere configurati per notificare all'operatore l'azione necessaria oppure l'intero processo di gestione può essere completamente automatizzato RTC (Rheonics Controller di monitoraggio predittivo). L'utilizzo di un SRV in una linea di processo di produzione comporta un miglioramento della produttività e dei margini di profitto e garantisce la conformità normativa. Rheonics i sensori hanno un fattore di forma compatto per una semplice installazione OEM e retrofit. Non richiedono manutenzione o riconfigurazioni. I sensori offrono risultati accurati e ripetibili indipendentemente da come o dove sono montati, senza necessità di camere speciali, guarnizioni in gomma o protezione meccanica. Non utilizzando materiali di consumo e non richiedendo ricalibrazione, SRV e SRD sono estremamente facili da utilizzare, con conseguenti costi di gestione estremamente bassi.

Una volta stabilito l’ambiente del processo, di solito è richiesto poco sforzo per mantenere l’integrità e la coerenza dei sistemi: gli operatori possono fare affidamento sullo stretto controllo con Rheonics soluzione di gestione della qualità della produzione.

Design e tecnologia dei sensori superiori

L'elettronica sofisticata e brevettata è il cervello di questi sensori. SRV e SRD sono disponibili con connessioni al processo standard del settore come ¾" NPT, DIN 11851, flangia e Tri-clamp consentendo agli operatori di sostituire un sensore di temperatura esistente nella linea di processo con un SRV/SRD che fornisce informazioni sui fluidi di processo estremamente preziose e utilizzabili come la viscosità oltre a una misurazione accurata della temperatura utilizzando un Pt1000 integrato (disponibile DIN EN 60751 Classe AA, A, B) .

Elettronica costruita per soddisfare le tue esigenze

Disponibile sia nella custodia del trasmettitore che in un montaggio su guida DIN di dimensioni ridotte, l'elettronica del sensore consente una facile integrazione nelle linee di processo e all'interno degli armadi delle apparecchiature delle macchine.

Facile da integrare

Molteplici metodi di comunicazione analogica e digitale implementati nell'elettronica del sensore rendono il collegamento a PLC industriali e sistemi di controllo semplici e diretti.

Opzioni di comunicazione analogica e digitale

Opzioni di comunicazione digitale opzionali

Rheonics offre sensori a sicurezza intrinseca certificati ATEX e IECEx per l'uso in ambienti pericolosi. Questi sensori sono conformi ai requisiti essenziali di salute e sicurezza relativi alla progettazione e costruzione di apparecchiature e sistemi di protezione destinati all'uso in atmosfere potenzialmente esplosive.

Le certificazioni di sicurezza intrinseca e antideflagrante possedute da Rheonics consente inoltre la personalizzazione di un sensore esistente, consentendo ai nostri clienti di evitare i tempi e i costi associati all'identificazione e al test di un'alternativa. Possono essere forniti sensori personalizzati per applicazioni che richiedono da una unità fino a migliaia di unità; con tempi di consegna di settimane anziché di mesi.

Rheonics SRV & SRD sono entrambi certificati ATEX e IECEx.

Installa direttamente il sensore nel flusso di processo per eseguire misurazioni di viscosità e densità in tempo reale. Non è necessaria alcuna linea di bypass: il sensore può essere immerso in linea; la portata e le vibrazioni non influenzano la stabilità e la precisione della misurazione. Ottimizza le prestazioni di miscelazione fornendo test ripetuti, consecutivi e coerenti sul fluido.

Rheonics SRV e RPS Controller installato in una pressa laminatrice

Rheonics progetta, produce e commercializza sistemi innovativi di rilevamento e monitoraggio dei fluidi. Costruiti con precisione in Svizzera, RheonicsI viscosimetri e i densimetri in linea hanno la sensibilità richiesta dall'applicazione e l'affidabilità necessaria per sopravvivere in un ambiente operativo difficile. Risultati stabili – anche in condizioni di flusso avverse. Nessun effetto della caduta di pressione o della portata. È ugualmente adatto alle misurazioni di controllo qualità in laboratorio. Non è necessario modificare alcun componente o parametro per misurare l'intero intervallo.